(57)【要約】      （修正有）【課題】画質の低下を回避する裏面照射型のCMOS型固体撮像素子を提供する。【解決手段】固体撮像素子２１は、受光した光を電気信号に変換するＰＤ３２が平面的に配置された半導体基板４２と、半導体基板４２に入射する光の透過を制御するシャッター層４４とを備えて構成される。そして、半導体基板４２とシャッター層４４との間の間隔が、シャッター層４４に形成されるシャッター素子３３の間隔以下に設定される。また、シャッター層４４は、ＰＤ３２に対する光の入射角に応じて、光を遮光する箇所を調整する。【選択図】図３
2013046013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光した光を電気信号に変換する光電変換部が平面的に配置された受光層と、
前記受光部に入射する光の透過を制御するシャッター層と
を備え、
前記受光層と前記シャッター層との間の間隔が、前記シャッター層に形成されるシャッター素子の間隔以下である
固体撮像素子。
【請求項２】
前記受光部に接続される配線が配設される配線層をさらに備え、
前記配線層は、前記受光層に光が照射される面に対して反対側の面に配置される
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記シャッター層は、液晶層を電極で挟み込んで構成される
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記受光層における１つの前記光電変換部に対して、前記シャッター層において光の透過を制御する単位であるシャッター素子が１つ配置されている
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記受光層における１つの前記光電変換部に対して、複数の前記シャッター素子が配置されている
請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記受光層に光が照射される面に、所定の色の光を透過させるフィルタが平面的に配置されたカラーフィルタ層が配置される
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記カラーフィルタ層では、前記受光層における１つの前記光電変換部に対して、複数色のフィルタが配置される
請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記シャッター層は、前記受光層における複数の前記光電変換部に対して共通して光の透過を制御するように構成されている
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記シャッター層は、前記光電変換部に対する光の入射角に応じて、光を遮光する箇所を調整する
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
受光した光を電気信号に変換する光電変換部が平面的に配置された受光層と、前記受光部に入射する光の透過を制御するシャッター層とを有し、前記受光層と前記シャッター層との間の間隔が、前記シャッター層に形成されるシャッター素子の間隔以下である固体撮像素子
を備える電子機器。
【請求項１１】
前記固体撮像素子の受光面に対して光を集光する光学系と、
前記光学系の光学特性に応じて、前記シャッター層において光を遮光する箇所を制御する制御部と
をさらに備える請求項１０に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像素子および電子機器に関し、特に、画質の低下を回避することができるようにした固体撮像素子および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやCCD（Charge Coupled Device）などの固体撮像素子は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに広く用いられている。
【０００３】
例えば、CMOSイメージセンサに入射した入射光は、画素が有する光電変換部であるＰＤ（Photodiode：フォトダイオード）において光電変換される。そして、ＰＤで発生した電荷は、転送トランジスタを介して、浮遊拡散領域であるＦＤ（Floating Diffusion：フローティングディフュージョン）に転送され、増幅トランジスタにより、ＦＤに蓄積されている電荷に応じたレベルの画素信号が出力される。
【０００４】
近年、固体撮像素子の小型化および解像度の向上を図るために様々な開発が行われており、例えば、本願出願人は、各画素へ入射した光の透過を画素単位で制御することができる固体撮像素子の開発を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図１を参照して、光の透過を画素単位で制御可能な固体撮像素子について説明する。
【０００６】
図１に示されている固体撮像素子１１は、下層側から順に、半導体基板１２、配線層１３、シャッター層１４、およびOCL（On Chip Lens）層１５が積層されて構成されており、半導体基板１２に複数のＰＤ１６が形成され、配線層１３に配線１７が形成されている。図１には、隣接する２つのＰＤ１６Ａおよび１６Ｂの近傍における断面が示されており、配線層１３は、配線１７−１が配設される層、および、配線１７−２が配設される層が形成される２層構造とされている。
【０００７】
そして、固体撮像素子１１では、シャッター層１４により、ＰＤ１６を有する画素ごとに光の透過が制御される。図１の例では、ＰＤ１６Ａに対応するシャッター層１４が遮光状態とされ、ＰＤ１６Ｂに対応するシャッター層１４が透過状態とされている。
【０００８】
ところで、固体撮像素子１１に対して斜め方向から光が入射する場合には、配線層１３を介して、隣接する画素から光が入り込んでしまうことがあった。つまり、半導体基板１２とシャッター層１４との間に、ある一定の厚み以上の配線層１３が配置されると、斜め方向からの光が直接的に、または、配線１７−１および１７−２により反射して、隣接する画素に入射してしまう。例えば、図１に示すように、ＰＤ１６Ｂに対応するシャッター層１４を透過した光が、ＰＤ１６Ａにより受光されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１４８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、光の透過を画素単位で制御可能な従来の固体撮像素子では、隣接する画素に光が入り込むことがあり、これにより混色が発生してしまうため、画質の低下が発生することがあった。従って、混色の発生を防止して、画質の低下を回避することが求められている。
【００１１】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、画質の低下を回避することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の一側面の固体撮像素子は、受光した光を電気信号に変換する光電変換部が平面的に配置された受光層と、前記受光部に入射する光の透過を制御するシャッター層とを備え、前記受光層と前記シャッター層との間の間隔が、前記シャッター層に形成されるシャッター素子の間隔以下である。
【００１３】
本開示の一側面の電子機器は、受光した光を電気信号に変換する光電変換部が平面的に配置された受光層と、前記受光部に入射する光の透過を制御するシャッター層とを有し、前記受光層と前記シャッター層との間の間隔が、前記シャッター層に形成されるシャッター素子の間隔以下である固体撮像素子を備える。
【００１４】
本開示の一側面においては、受光した光を電気信号に変換する光電変換部が平面的に配置された受光層と、受光部に入射する光の透過を制御するシャッター層との間の間隔が、シャッター層に形成されるシャッター素子の間隔以下に設定される。
【発明の効果】
【００１５】
本開示の一側面によれば、画質の低下を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光の透過を画素単位で制御可能な従来の固体撮像素子の断面図である。
【図２】本技術を適用した固体撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図３】固体撮像素子の第１の構成例を示す断面図である。
【図４】固体撮像素子の製造方法について説明する図である。
【図５】固体撮像素子の他の製造方法について説明する図である。
【図６】固体撮像素子の第２の構成例を示す断面図である。
【図７】固体撮像素子の製造方法について説明する図である。
【図８】固体撮像素子の第３の構成例を示す断面図である。
【図９】固体撮像素子の第４の構成例を示す断面図である。
【図１０】固体撮像素子の第５の構成例を示す断面図である。
【図１１】緑色の光だけを透過するように制御された状態の固体撮像素子を説明する図である。
【図１２】固体撮像素子の第６の構成例を示す断面図である。
【図１３】光入射角に応じたシャッター層の調整について説明する図である。
【図１４】固体撮像素子の第７の構成例を示す断面図である。
【図１５】位相差オートフォーカスについて説明する図である。
【図１６】電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図２は、本技術を適用した固体撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【００１９】
図２において、固体撮像素子２１は、画素部２２、垂直駆動部２３、カラム処理部２４、水平駆動部２５、出力部２６、駆動制御部２７、およびシャッター駆動部２８を備えて構成される。
【００２０】
画素部２２は、アレイ状に配置された複数の画素３１を有しており、画素３１は、画素３１の行数に応じた複数の水平信号線を介して垂直駆動部２３に接続され、画素３１の列数に応じた複数の垂直信号線を介してカラム処理部２４に接続されている。即ち、画素部２２が有する複数の画素３１は、水平信号線および垂直信号線が交差する点にそれぞれ配置されており、垂直駆動部２３から供給される駆動信号に従って、光電変換により発生した電荷に応じたレベルの画素信号をカラム処理部２４に出力する。
【００２１】
また、画素部２２が有する画素３１は、光電変換部であるＰＤ３２と、ＰＤ３２の受光面側に積層されるシャッター素子３３とを備えて構成される。シャッター素子３３は、シャッター駆動部２８の制御に従って、ＰＤ３２に対する入射光の透過を制御する。シャッター素子３３としては、本願出願人が出願済みの特開２００７−１８８０４７号公報に開示されているような表示装置に用いられるアクティブマトリクス型の液晶シャッターを採用することができる。なお、シャッター素子３３として、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）素子や、その他の素子を採用してもよい。
【００２２】
垂直駆動部２３は、画素部２２が有する複数の画素３１の行ごとに、それぞれの画素３１を駆動するための駆動信号（転送信号や、選択信号、リセット信号など）を、水平信号線を介して順次供給する。
【００２３】
カラム処理部２４は、垂直信号線を介して、それぞれの画素３１から出力される画素信号に対してCDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)処理を施すことで画素信号の信号レベルを抽出し、画素３１の受光量に応じた画素データを取得する。
【００２４】
水平駆動部２５は、画素部２２が有する複数の画素３１の列ごとに、それぞれの画素３１から取得された画素データをカラム処理部２４から出力させるための駆動信号を、カラム処理部２４に順次供給する。
【００２５】
出力部２６には、水平駆動部２５の駆動信号に従ったタイミングでカラム処理部２４から画素データが供給され、出力部２６は、例えば、その画素データを増幅して、後段の画像処理回路に出力する。
【００２６】
駆動制御部２７は、固体撮像素子２１の内部の各ブロックの駆動を制御する。例えば、駆動制御部２７は、各ブロックの駆動周期に従ったクロック信号を生成して、それぞれのブロックに供給する。
【００２７】
シャッター駆動部２８は、シャッター素子３３の透過状態および遮光状態を切り替える制御を行う。
【００２８】
図３は、固体撮像素子２１の第１の構成例を示す断面図である。図３には、アレイ状に配置される複数の画素３１のうちの、隣接する２つの画素３１Ａおよび３１Ｂ近辺の断面が示されている。
【００２９】
図３に示すように、固体撮像素子２１は、下層側から順に、配線層４１、半導体基板４２、絶縁膜４３、シャッター層４４、およびOCL層４５が積層されて構成される。なお、固体撮像素子２１は、半導体基板４２に対して配線層４１が設けられる半導体基板４２の表面に対して反対側となる裏面（図３の上側を向く面）に対して入射光が照射される、いわゆる裏面照射型CMOSイメージセンサである。
【００３０】
配線層４１は、例えば、その下側に配置されている基板支持材（図示せず）により支持されており、半導体基板４２に形成されているＰＤ３２の電荷の読み出しなどを行う配線４６が層間絶縁膜４７に埋め込まれて構成されている。また、配線層４１では、配線４６が複数の層を形成するような構造を採用することができ、図３の例では、配線４６−１が配設される層と、配線４６−２が配設される層とが形成される２層構造とされている。
【００３１】
半導体基板４２では、例えば、Ｐ型のシリコン層（Ｐウェル）４８の内部に形成されたＮ型領域からなるＰＤ３２が、半導体基板４２の裏面側（図３の上側）に接するように形成されている。ＰＤ３２は、受光した光を電気信号に変換し、半導体基板４２には、複数のＰＤ３２が平面的に配置されており、半導体基板４２は、光を受光する受光層である。
【００３２】
絶縁膜４３は、透明な絶縁材質によって形成され、半導体基板４２とシャッター層４４との間を絶縁する。
【００３３】
シャッター層４４は、対向電極５０と駆動パネル５２とが液晶層５１を挟み込んで構成され、対向電極５０を半導体基板４２側に向けて積層される。また、シャッター層４４は、例えば画素３１ごとに、駆動パネル５２が有する電極を独立した構成とすることで、画素３１ごとに入射光の透過を制御可能なシャッター素子３３が形成される。即ち、１つのＰＤ３２に対してシャッター素子３３が１つ配置されている。そして、例えば、図２のシャッター駆動部２８が駆動パネル５２の電極に電圧を印加するとシャッター素子３３が遮光状態とされる。図３の例では、画素３１Ａが有するシャッター素子３３Ａが遮光状態とされ、画素３１Ｂが有するシャッター素子３３Ｂが透過状態とされている。
【００３４】
OCL層４５は、入射光をＰＤ３２に集光するための小型のレンズが、画素３１ごとにアレイ状に配置されて構成されている。なお、以下、各構成例において、OCL層４５を備えた構成としても、OCL層４５を備えない構成としてもよい。
【００３５】
このように構成されている固体撮像素子２１では、シャッター駆動部２８の制御に従って、シャッター層４４においてシャッター素子３３の透過状態および遮光状態が切り替えられ、ＰＤ３２ごとに光の照射を制御することができる。
【００３６】
さらに、固体撮像素子２１では、半導体基板４２に対して光が入射する面の反対側に配線層４１が配置される構成となっており、即ち、半導体基板４２とシャッター層４４との間に配線層４１が配置されない構成となっている。このような構成により、固体撮像素子２１では、半導体基板４２とシャッター層４４との間隔を従来よりも狭めることができ、隣接する画素３１から光が入り込むことを回避することができる。
【００３７】
例えば、図１を参照して上述した固体撮像素子１１では、半導体基板１２とシャッター層１４との間に配線層１３が配置される構成であったため、配線層１３を介して、隣接する画素から光が入り込むことがあった。これに対し、固体撮像素子２１では、半導体基板４２とシャッター層４４との間が所定の間隔以下となるように構成されているので、従来のような光の入り込みの発生を回避することができる。これにより、固体撮像素子２１は、混色が発生することによる画質の低下を回避することができ、従来よりも、画質の向上を図ることができる。
【００３８】
ここで、半導体基板４２とシャッター層４４との間の所定の間隔としては、例えば、シャッター層１４に形成されるシャッター素子３３の間隔Ｘ以下に設定することで、隣接する画素からの光の入り込みを防止することができる。つまり、半導体基板４２とシャッター層４４との間の間隔、即ち、半導体基板４２の上面とシャッター層４４の下面との間隔（図３の構成では、絶縁膜４３の厚み）が、シャッター素子３３の平面方向の間隔Ｘよりも大きい場合には、原理的に、斜め光に対する遮光性（混色など）が劣化することが想定されるのに対し、半導体基板４２とシャッター層４４との間の間隔をシャッター素子３３の平面方向の間隔Ｘ以下に設定することで、シャッター層４４を設けることによる画素３１ごとの遮光の効果を確実に得ることができる。なお、より好ましくは、この所定の間隔が０である、つまり、半導体基板４２とシャッター層４４とが接するように構成されることがよい。
【００３９】
ここで、図３に示されている固体撮像素子２１の構成例では、１つのＰＤ３２に対して１つのシャッター素子３３が配置される構成となっているため、シャッター素子３３の平面方向の間隔Ｘは、ＰＤ３２の平面方向のサイズとなっている。これに対し、後述するように、１つのＰＤ３２に対して複数のシャッター素子３３が配置されるような構成では、半導体基板４２とシャッター層４４との間の間隔は、それぞれのシャッター素子３３の間隔以下、即ち、ＰＤ３２のサイズよりも大幅に小さくなる。
【００４０】
なお、半導体基板４２とシャッター層４４との間に配線層が配置されたとしても、その配線層の厚みはシャッター素子３３の間隔以下とされ、配線層に配設される配線は１層以下とすることが好ましい。
【００４１】
また、図１の固体撮像素子１１のように、半導体基板１２とシャッター層１４との間に配線層１３が配置される構成であっても、画素間の遮光領域を増加させることで混色を防止することができると想定される。しかしながら、画素間の遮光領域を増加させた場合には、ＰＤ１６に入射する光量が低下してしまい、感度が低下することになる。これに対し、固体撮像素子２１では、画素間の遮光領域を増加させる必要はなく、感度の低下を回避することができる。
【００４２】
さらに、図１の固体撮像素子１１では、画素の微細化が進むに伴い、ＰＤ１６に対して光が入射する側に配線層１３が配置されていると、感度が低下してしまい、S/N（Signal to Noise）比が低下することになる。これに対し、固体撮像素子２１では、ＰＤ３２に対して光が入射する側の反対側に配線層４１が配置されているため、S/N比が低下することも回避することができる。さらに、固体撮像素子２１では、感度が高くなるため、暗いシーンにおいて綺麗な画像を撮像することができ、この点においても、従来よりも画質を向上させることができる。
【００４３】
また、シャッター素子３３は、透過状態と遮光状態とを切り替える他、透過光量を調整することができる。例えば、CCD型固体撮像素子では強い光源があたることでスミアが発生するような画面でも、固体撮像素子２１では、その強い光源部分に対応するシャッター素子３３により調光（透過光量を少なく）することにより、スミアの発生を防止することができる。
【００４４】
また、固体撮像素子２１では、画面内に暗部と明部とが混在するようなシーンにおいても、明るい部分に該当する画素３１をシャッター層４４により調光（透過光量を適切に調整）して半導体基板４２に入射する光を抑制することができる。例えば、夜景などの撮像、つまり暗い所で撮像する場合には、一般的に、センサの蓄積時間を長くすることになるため、画面内に、例えば電球や月のような明るい箇所が混在すると、その部分が飽和することにより白飛びしていた。これに対し、固体撮像素子２１では、そのような画面内の明るい箇所をシャッター層４４により調光（わざと暗くする）ことによって、明るい部分の飽和（白飛び）を回避することができる。つまり、固体撮像素子２１では、明るい部分は白飛びさせることなく、また、暗い部分を明るく撮像すること、即ち、ダイナミックレンジを拡大することができる。
【００４５】
また、従来では、ダイナミックレンジを拡大する技術として、例えば、蓄積時間の異なる複数枚の画像を合成するような手法が採用されていた。これに対し、固体撮像素子２１では、１枚の画像でダイナミックレンジを拡大することができ、画面全体を豊かな諧調で表現することができる。
【００４６】
さらに、固体撮像素子２１では、シャッター層４４において光の透過と非透過とを制御することができるので、例えば、従来の撮像装置のメカシャッターとしての機能を代用することができ、撮像装置の小型化（メカシャッタレス）および軽量化に貢献することができる。
【００４７】
次に、図４を参照して、固体撮像素子２１の製造方法について説明する。
【００４８】
第１の工程において、例えば、半導体基板４２の表面側からイオン注入を行うことで、Ｐ型のシリコン層４８に対してＰＤ３２が形成される。その後、半導体基板４２の表面に対して層間絶縁膜４７を所定の厚みで積層するごとに配線４６を形成することで配線層４１が形成される。
【００４９】
第２の工程において、半導体基板４２に対して配線層４１が積層された表面側を下側にし、半導体基板４２の裏面に対して絶縁膜４３が積層される。
【００５０】
第３の工程において、絶縁膜４３に対して対向電極５０を積層し、液晶層５１を挟み込むのように駆動パネル５２を積層することで、シャッター層４４が形成される。
【００５１】
第４の工程において、シャッター層４４に対してOCL層４５が積層されることにより、固体撮像素子２１が製造される。
【００５２】
次に、図５を参照して、固体撮像素子２１の他の製造方法について説明する。
【００５３】
第１の工程において、図４で説明した第１および第２の工程と同様に、配線層４１、半導体基板４２、および絶縁膜４３が積層された構造物が形成される。
【００５４】
第２の工程において、対向電極５０および駆動パネル５２が液晶層５１を挟み込むのように形成されたシャッター層４４にOCL層４５が積層された構造物が形成される。
【００５５】
第３の工程において、第１の工程で形成した構造物の絶縁膜４３に対して、第２の工程で形成した構造物の対向電極５０が貼り合されることにより、固体撮像素子２１が製造される。
【００５６】
次に、図６を参照して、固体撮像素子２１の第２の構成例について説明する。なお、図３の固体撮像素子２１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５７】
図６に示すように、固体撮像素子２１Ａは、下層から順に、配線層４１、半導体基板４２、シャッター層４４、およびOCL層４５が積層されて構成される。つまり、図３の固体撮像素子２１では、半導体基板４２に絶縁膜４３を介してシャッター層４４が積層されていたのに対し、固体撮像素子２１Ａでは、半導体基板４２に対して直接的にシャッター層４４が積層されている。
【００５８】
このように構成された固体撮像素子２１Ａでは、半導体基板４２のＰＤ３２とシャッター層４４の対向電極５０とが電気的に接続された構成となる。従って、例えば、対向電極５０に負バイアスを印加することで、ピンニング効果を得ることができ、例えば、白点や暗電流の発生を低減させることができる。
【００５９】
次に、図７を参照して、固体撮像素子２１Ａの製造方法について説明する。
【００６０】
第１の工程において、例えば、半導体基板４２の表面側からイオン注入を行うことで、Ｐ型のシリコン層４８に対してＰＤ３２が形成される。その後、半導体基板４２の表面に対して層間絶縁膜４７を所定の厚みで積層するごとに配線４６を形成することで配線層４１が形成される。
【００６１】
第２の工程において、半導体基板４２に対して配線層４１が積層された表面側を下側にし、半導体基板４２の裏面に対して対向電極５０が積層される。
【００６２】
第３の工程において、対向電極５０に対して、液晶層５１を挟み込むのように駆動パネル５２を積層することで、シャッター層４４が形成される。
【００６３】
第４の工程において、シャッター層４４に対してOCL層４５が積層されることにより、固体撮像素子２１Ａが製造される。
【００６４】
次に、図８を参照して、固体撮像素子２１の第３の構成例について説明する。なお、図３の固体撮像素子２１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、図８では、OCL層４５の図示は省略されている。
【００６５】
図８Ａには、図６に示した第２の構成例である固体撮像素子２１Ａが示されている。上述したように、固体撮像素子２１Ａは、画素３１ごとに、１つのＰＤ３２に対して１つのシャッター素子３３が配置されて構成されている。つまり、固体撮像素子２１Ａでは、画素３１Ａは、ＰＤ３２Ａに対応してシャッター素子３３Ａが配置されて構成され、画素３１Ｂは、ＰＤ３２Ｂに対応してシャッター素子３３Ｂが配置されて構成される。また、固体撮像素子２１Ａでは、画素３１ごとに独立した１つの電極を有して形成される駆動パネル５２によりシャッター層４４が構成される。
【００６６】
図８Ｂには、第３の構成例である固体撮像素子２１Ｂが示されている。図８Ｂに示すように、固体撮像素子２１Ｂは、画素３１ごとに、１つのＰＤ３２に対して２つのシャッター素子３３が配置されて構成されている。つまり、固体撮像素子２１Ｂは、画素３１Ａにおいて、ＰＤ３２Ａに対応して２つのシャッター素子３３Ａ１および３３Ａ２が配置され、画素３１Ｂにおいて、ＰＤ３２Ｂに対応して２つのシャッター素子３３Ｂ１および３３Ｂ２が配置されて構成される。また、固体撮像素子２１Ｂでは、画素３１ごとに独立した２つの電極を有して形成される駆動パネル５２’によりシャッター層４４’が構成される。
【００６７】
図８Ｃには、第３の構成例の変形例である固体撮像素子２１Ｂ’が示されている。図８Ｃに示すように、固体撮像素子２１Ｂ’は、画素３１ごとに、１つのＰＤ３２に対して５つのシャッター素子３３が配置されて構成されている。つまり、固体撮像素子２１Ｂ’は、画素３１Ａにおいて、ＰＤ３２Ａに対応して５つのシャッター素子３３Ａ１乃至３３Ａ５が配置され、画素３１Ｂにおいて、ＰＤ３２Ｂに対応して５つのシャッター素子３３Ｂ１乃至３３Ｂ５が配置されて構成されている。また、固体撮像素子２１Ｂ’では、画素３１ごとに独立した５つの電極を有して形成される駆動パネル５２’’によりシャッター層４４’’が構成される。
【００６８】
このように、固体撮像素子２１は、画素３１ごとに、１つのＰＤ３２に対して複数のシャッター素子３３を配置して構成することができる。
【００６９】
なお、１つのＰＤ３２に対して複数のシャッター素子３３が配置された構成においても、上述したように、半導体基板４２とシャッター層４４との間の間隔は、シャッター層１４に形成されるシャッター素子３３の平面方向の間隔以下に設定される。つまり、固体撮像素子２１Ｂは、半導体基板４２に対して直接的にシャッター層４４’が積層される構成であるが、例えば、半導体基板４２とシャッター層４４’との間に配線層やカラーフィルタなどが配置される場合、半導体基板４２とシャッター層４４’との間の間隔は、シャッター素子３３の間隔Ｘ１以下に設定される。同様に、固体撮像素子２１Ｂ’において、半導体基板４２とシャッター層４４’’との間に配線層やカラーフィルタなどが配置される場合、半導体基板４２とシャッター層４４’’との間の間隔は、シャッター素子３３の間隔Ｘ２以下に設定される。
【００７０】
次に、図９を参照して、固体撮像素子２１の第４の構成例について説明する。なお、図３の固体撮像素子２１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
図９Ａには、第４の構成例である固体撮像素子２１Ｃが示されている。図９Ａに示すように、固体撮像素子２１Ｃは、下層から順に、配線層４１、半導体基板４２、シャッター層４４、カラーフィルタ６１、およびOCL層４５が積層されて構成され、画素３１ごとに、１つのＰＤ３２に対して１つのシャッター素子３３が配置されている。
【００７２】
つまり、固体撮像素子２１Ｃでは、シャッター層４４およびOCL層４５の間にカラーフィルタ６１が配置された構成となっている。カラーフィルタ６１は、画素３１ごとに、それぞれ対応する色の光を透過するフィルタが配置されて構成される。図９Ａの例では、画素３１Ａには、緑色（Green）の光を透過するフィルタが配置され、画素３１Ｂには、青色（Blue）の光を透過するフィルタが配置され、画素３１Ｃには、赤色（Red）の光を透過するフィルタが配置されている。
【００７３】
図９Ｂには、第４の構成例の変形例である固体撮像素子２１Ｃ’が示されている。図９Ｂに示すように、固体撮像素子２１Ｃ’は、下層から順に、配線層４１、半導体基板４２、カラーフィルタ６１、シャッター層４４、およびOCL層４５が積層されて構成され、画素３１ごとに、１つのＰＤ３２に対して１つのシャッター素子３３が配置されている。つまり、固体撮像素子２１Ｃ’では、半導体基板４２およびシャッター層４４の間にカラーフィルタ６１が配置された構成となっている。
【００７４】
図９に示すように、カラーフィルタ６１を配置する場合には、シャッター層４４の上側および下側のどちら側に配置してもよい。
【００７５】
次に、図１０および図１１を参照して、固体撮像素子２１の第５の構成例について説明する。なお、図３の固体撮像素子２１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
図１０Ａには、第５の構成例である固体撮像素子２１Ｄが示されている。図１０Ａに示すように、固体撮像素子２１Ｄは、下層から順に、配線層４１、半導体基板４２、シャッター層４４’’、カラーフィルタ６１、およびOCL層４５が積層されて構成される。そして、固体撮像素子２１Ｄでは、画素３１ごとに、１つのＰＤ３２に対して複数のシャッター素子３３が配置されている。
【００７７】
つまり、固体撮像素子２１Ｄは、画素３１Ａにおいて、ＰＤ３２Ａに対応して５つのシャッター素子３３Ａ１乃至３３Ａ５が配置され、カラーフィルタ６１では、画素３１Ａに対応して緑色の光を透過するフィルタが配置されて構成されている。また、画素３１Ｂにおいて、ＰＤ３２Ｂに対応して５つのシャッター素子３３Ｂ１乃至３３Ｂ５が配置され、カラーフィルタ６１では、画素３１Ｂに対応して青色の光を透過するフィルタが配置されている。また、画素３１Ｃにおいて、ＰＤ３２Ｃに対応して５つのシャッター素子３３Ｃ１乃至３３Ｃ５が配置され、カラーフィルタ６１では、画素３１Ｃに対応して赤色の光を透過するフィルタが配置されている。
【００７８】
図１０Ｂには、第５の構成例の変形例である固体撮像素子２１Ｄ’が示されている。固体撮像素子２１Ｄ’は、カラーフィルタ６１’において、１つの画素３１に対して複数色のフィルタが配置されている点で、固体撮像素子２１Ｄと異なる構成となっており、他の点では、固体撮像素子２１Ｄと共通の構成となっている。
【００７９】
固体撮像素子２１Ｄ’は、画素３１Ａに対応して、カラーフィルタ６１’では、緑色、青色、および赤色の光を透過するフィルタが配置されて構成されている。なお、緑色および青色のフィルタは、２つのシャッター素子３３に対応し、赤色のフィルタは、１つのシャッター素子３３に対応するように配置されている。つまり、画素３１Ａに対応するように、カラーフィルタ６１’では、シャッター素子３３Ａ１および３３Ａ２に対して緑色のフィルタ、シャッター素子３３Ａ３および３３Ａ４に対して青色のフィルタ、シャッター素子３３Ａ５に対して赤色のフィルタが配置されている。
【００８０】
また、画素３１Ｂに対応するように、カラーフィルタ６１’では、シャッター素子３３Ｂ１に対して赤色のフィルタ、シャッター素子３３Ｂ２および３３Ｂ３に対して緑色のフィルタ、シャッター素子３３Ｂ４および３３Ｂ５に対して青色のフィルタが配置されている。同様に、画素３１Ｃに対応するように、カラーフィルタ６１’では、シャッター素子３３Ｃ１および３３Ｃ２に対して赤色のフィルタ、シャッター素子３３Ｃ３および３３Ｃ４に対して緑色のフィルタ、シャッター素子３３Ｃ５に対して青色のフィルタが配置されている。
【００８１】
このように、１つの画素３１に対して複数色のフィルタが配置された固体撮像素子２１Ｄ’では、画素３１ごとにＰＤ３２に入射する色を適宜選択することができる。例えば、草原の上に青空が広がるような構図の画像を撮像するとき、固体撮像素子２１Ｄ’において、青空に対応する領域では青色の解像度を高くし、草原に対応する領域では緑色の解像度を高くすることで、細部まで綺麗な撮像をすることができる。従って、この場合、固体撮像素子２１Ｄ’では、青空に対応する領域に配置された画素３１では、青色のフィルタに対応するシャッター素子３３を透過状態とし、緑色および赤色のフィルタに対応するシャッター素子３３を遮光状態とする制御を行う。同様に、草原に対応する領域に配置された画素３１では、緑色のフィルタに対応するシャッター素子３３を透過状態とし、青色および赤色のフィルタに対応するシャッター素子３３を遮光状態とする制御を行う。
【００８２】
このような制御により、解像度が向上し細密な画像を撮像することができる。
【００８３】
例えば、図１１には、緑色の光だけを透過するように制御された状態が示されている。
【００８４】
図１１に示されている固体撮像素子２１Ｄ’’は、下層から順に、配線層４１、半導体基板４２、カラーフィルタ６１’’、シャッター層４４’’、およびOCL層４５が積層されて構成されている。そして、固体撮像素子２１Ｄ’’では、画素３１ごとに、１つのＰＤ３２に対して、カラーフィルタ６１において複数色のフィルタが配置されているとともに、それぞれのフィルタごとに、シャッター層４４’’において入射光の透過が制御可能とされている。
【００８５】
カラーフィルタ６１は、図１１Ｂに示すように、いわゆるベイヤー配列で緑色、青色、および赤色が配置されており、シャッター層４４’’により色ごとに入射光の透過が制御される。図１１の例では、青色および赤色のフィルタに対応するシャッター素子３３が遮光状態とされ、緑色のフィルタに対応するシャッター素子３３が透過状態とされている。これにより、緑色の光がフィルタを透過してＰＤ３２に受光され、緑色の解像度を向上させることができる。
【００８６】
なお、図１１に示されている固体撮像素子２１Ｄ’’では、半導体基板４２およびシャッター層４４’’によりカラーフィルタ６１’’を挟み込む構成とされているが、半導体基板４２およびカラーフィルタ６１’’によりシャッター層４４’’を挟み込む構成としてもよい。
【００８７】
また、固体撮像素子２１では、固体撮像素子２１に対する入射光の入射角度に応じて、シャッター層４４において遮光状態とする箇所を制御してもよい。
【００８８】
図１２および図１３を参照して、固体撮像素子２１の第６の構成例について説明する。なお、図３の固体撮像素子２１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８９】
図１２に示されている固体撮像素子２１Ｅは、下層側から順に、配線層４１、半導体基板４２、シャッター層４４、カラーフィルタ６１、およびOCL層４５が積層されて構成される。カラーフィルタ６１は、画素３１ごとに、それぞれ対応する色の光を透過するフィルタが配置されて構成されている。シャッター層４４は、画素３１よりも、より細かいピッチで、遮光状態および透過状態となる箇所を調整することができるように構成されている。
【００９０】
例えば、固体撮像素子２１Ｅが組み込まれた撮像装置の光学系（Ｆ値やレンズなど）を変更することによって、固体撮像素子２１に入射する入射光の角度が変更される。このとき、固体撮像素子２１Ｅでは、図２のシャッター駆動部２８が、光学系の状態に応じて、シャッター層４４において遮光状態とする箇所を調整する。
【００９１】
即ち、図１２に示すように、シャッター駆動部２８は、隣接する画素３１のOCL層４５およびカラーフィルタ６１を透過した光が入り込まないように、シャッター層４４において遮光状態とする箇所を調整する。これにより、固体撮像素子２１Ｅでは、感度を低下させることなく、隣接する画素３１からの混色による画質劣化を抑制することができる。
【００９２】
例えば、固体撮像素子２１Ｅが組み込まれた撮像装置の制御回路（例えば、後述する図１６の制御回路１０４）は、撮像装置にレンズが取り付けられたときや、レンズの絞り（Ｆ値）が変更されたときに、取り付けられたレンズの種類や、Ｆ値（絞りの状態）などのレンズ情報（光学特性および光入射角度の特性）を認識する。また、シャッター駆動部２８には、各レンズ（光入射角）に対応付けて、シャッター層４４において遮光状態とする最適な箇所を示す情報が登録されたテーブルが予め設定されている。そして、シャッター駆動部２８は、制御回路と通信を行って、撮像装置の現在の光学系の状態を認識し、光入射角に応じて、シャッター層４４において遮光状態とする箇所を調整する。
【００９３】
図１３を参照して、光入射角に応じた遮光状態とする箇所について説明する。
【００９４】
図１３Ａには、光入射角が小さい場合の固体撮像素子２１Ｅが示されており、図１３Ｂには、光入射角が大きい場合の固体撮像素子２１Ｅが示されている。なお、図１３では、OCL層４５の図示は省略されている。
【００９５】
図１３に示すように、シャッター層４４において隣接する画素３１から入射してくる光（混色成分）が遮光される。そして、光入射角が大きくなるのに応じて、遮光状態とする箇所をシフトさせることで、より確実に隣接する画素３１から入射してくる光を遮光することができる。
【００９６】
さらに、固体撮像素子２１Ｅでは、例えば、レンズに応じて、シャッター層４４において遮光状態とする箇所を調整することにより、レンズの光入射角に合わせて各像高で、瞳補正を自動的に行うことができる。
【００９７】
従来、固定されたレイアウトの遮光膜により瞳補正が行われていたため、レンズを交換した場合には、遮光膜における瞳補正がミスマッチしてしまい、画質が劣化（Shading）することがあった。また、撮像装置のレンズ仕様が変更された場合にも、その仕様に合わせて最適な瞳補正を行うために遮光膜を再設計する必要があり、開発業務やレチクルが増加するため、コストアップとなっていた。さらに、遮光膜の合わせや線幅のプロセスバラツキによって歩留りが低下していた。
【００９８】
これに対し、固体撮像素子２１Ｅでは、シャッター層４４により瞳補正を調整することができるので、上述したような遮光膜の再設計を行う必用がなくなり、マスク費用を削減することができるとともに、開発業務を高効率化することができ、コストダウンを図ることができる。また、固体撮像素子２１Ｅごとに最適な瞳補正を調整することができるため、プロセスバラツキを気にする必要がなく、スループットおよび歩留りを向上させることができ、これによってもコストダウンを図ることができる。
【００９９】
次に、図１４を参照して、固体撮像素子２１の第７の構成例について説明する。なお、図３の固体撮像素子２１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１００】
図１４に示されている固体撮像素子２１Ｇは、複数の画素３１に対して共通して駆動するようにシャッター層４４が構成されている。例えば、図３の固体撮像素子２１では、画素３１ごとに、シャッター層４４の駆動パネル５２が独立して駆動するように構成されていた。これに対し、固体撮像素子２１Ｇでは、シャッター層４４の駆動パネル５２が、複数の画素３１ごとに駆動するように構成されており、複数の画素３１に対して共通して光の透過を制御するように構成されている。
【０１０１】
または、固体撮像素子２１Ｇは、シャッター層４４の駆動パネル５２の全体で一様に駆動するように構成してもよい。これにより、駆動パネル５２に印加する電圧を制御するだけで、画面全体の光透過率をシャッター層４４により一斉に調整することができる。例えば、図１４Ａには、シャッター層４４の全体が一斉に透過状態とされた固体撮像素子２１Ｇが示されており、図１４Ｂには、シャッター層４４の全体が一斉に遮光状態とされた固体撮像素子２１Ｇが示されている。
【０１０２】
また、固体撮像素子２１では、位相差オートフォーカスの機能を実現するのに利用することができる。
【０１０３】
図１５を参照して、位相差オートフォーカスについて説明する。
【０１０４】
図１５Ａに示すように、被写体からの光は、レンズによってセンサ（固体撮像素子）の受光面に集光される。
【０１０５】
従来、図１５Ｂに示すように、固体撮像素子を利用して位相差オートフォーカスの機能を実現するために、受光部が形成されるシリコン層の受光面側に、画素ごとに右側と左側とを交互に遮光するメタルによる遮光膜が配置されている。これにより、レンズの右側を通る光線と、レンズの左側を通る光線とに分けられてシリコン層に入射し、レンズの右側を通る光線による画像と、レンズの左側を通る光線による画像とのズレに基づいて、フォーカスが調整される。
【０１０６】
そして、図１５Ｃに示すように、画素３１ごとに、１つのＰＤ３２に対して２つのシャッター素子３３が配置されて構成された固体撮像素子２１Ｂ（図８）を利用することで、上述のメタルに替えてシャッター層４４’により、レンズの右側を通る光線とレンズの左側を通る光線とに分けることができる。これにより、ＰＤ３２Ａには、レンズの右側を通る光線が入射し、ＰＤ３２Ｂには、レンズの左側を通る光線が入射する。そして、それらの画像のズレに基づいてフォーカスを調整することができる。
【０１０７】
また、上述したような各構成例の固体撮像素子２１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
【０１０８】
図１６は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【０１０９】
図１６に示すように、撮像装置１０１は、光学系１０２、撮像素子１０３、制御回路１０４、信号処理回路１０５、モニタ１０６、およびメモリ１０７を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
【０１１０】
光学系１０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子１０３に導き、撮像素子１０３の受光面（センサ部）に結像させる。
【０１１１】
撮像素子１０３としては、上述したいずれかの構成例の固体撮像素子２１が適用される。撮像素子１０３には、光学系１０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子１０３に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路１０５に供給される。
【０１１２】
制御回路１０４は、光学系１０２のレンズに関する情報（光学特性やＦ値など）を取得し、撮像素子１０３（例えば、固体撮像素子２１のシャッター駆動部２８）に供給し、これにより、シャッター層４４において遮光状態とする箇所が調整される。また、制御回路１０４は、図１５を参照して説明したような画像のズレを示す情報を撮像素子１０３から取得し、そのズレに応じて光学系１０２によるフォーカスを制御する。
【０１１３】
信号処理回路１０５は、撮像素子１０３から出力された信号電荷に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１０５が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１０６に供給されて表示されたり、メモリ１０７に供給されて記憶（記録）されたりする。
【０１１４】
このように構成されている撮像装置１０１では、撮像素子１０３として、上述したような固体撮像素子２１を適用することにより、より画質を向上させることができる。
【０１１５】
また、本技術における固体撮像素子２１は、裏面照射型のCMOS型固体撮像素子の他、CCD型固体撮像素子に採用することができる。また、光電変換部がシリコン以外の材料を使用した撮像素子にも適用してもよく、光を電気信号に変換することができる撮像素子であれば適用することができる。
【０１１６】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
受光した光を電気信号に変換する光電変換部が平面的に配置された受光層と、
前記受光部に入射する光の透過を制御するシャッター層と
を備え、
前記受光層と前記シャッター層との間の間隔が、前記シャッター層に形成されるシャッター素子の間隔以下である
固体撮像素子。
（２）
前記受光部に接続される配線が配設される配線層をさらに備え、
前記配線層は、前記受光層に光が照射される面に対して反対側の面に配置される
上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記シャッター層は、液晶層を電極で挟み込んで構成される
上記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記受光層における１つの前記光電変換部に対して、前記シャッター層において光の透過を制御する単位であるシャッター素子が１つ配置されている
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
前記受光層における１つの前記光電変換部に対して、複数の前記シャッター素子が配置されている
上記（４）に記載の固体撮像素子。
（６）
前記受光層に光が照射される面に、所定の色の光を透過させるフィルタが平面的に配置されたカラーフィルタ層が配置される
上記（１）から（５）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）
前記カラーフィルタ層では、前記受光層における１つの前記光電変換部に対して、複数色のフィルタが配置される
上記（６）に記載の固体撮像素子。
（８）
前記シャッター層は、前記受光層における複数の前記光電変換部に対して共通して光の透過を制御するように構成されている
上記（１）から（７）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）
前記シャッター層は、前記光電変換部に対する光の入射角に応じて、光を遮光する箇所を調整する
上記（１）から（８）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
【０１１７】
なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
２１  固体撮像素子，  ２２  画素部，  ２３  垂直駆動部，  ２４  カラム処理部，  ２５  水平駆動部，  ２６  出力部，  ２７  駆動制御部，  ２８  シャッター駆動部，  ３１  画素，  ３２  ＰＤ，  ３３  シャッター素子，  ４１  配線層，  ４２  半導体基板，  ４３  絶縁膜，  ４４  シャッター層，  ４５  OCL層，  ４６  配線，  ４７  層間絶縁膜，  ４８  シリコン層，  ５０  対向電極，  ５１  液晶層，  ５２  駆動パネル，  ６１  カラーフィルタ
【図１】
2013046013.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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